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다른 전지에 비해 안정성이 떨어지는 편이라 과방전 시 용량 감소가 매우 크고, 과충전 시에는 매우 불안정해져서 내부 전극에서 쇼트가 나거나 축전지에 충격을 주면 폭발할 수 있습니다. 즉, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이라는 치명적인 단점이 있는 것입니다.
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리튬이온 배터리의 장점과 무서운 단점 : 파워존 – 대한민국 NO.1 멀티탭 제조, 유통 전문 기업
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- Most searched keywords: Whether you are looking for 리튬이온 배터리의 장점과 무서운 단점 : 파워존 – 대한민국 NO.1 멀티탭 제조, 유통 전문 기업 Updating 우리 일상에 가까이 접하는 전자기기는 참 많습니다.스마트폰, 보조배터리, 휴대용 스피커, 디지털 카메라, 전동공구, 전동 킥보드 등 일상을 조금 더 편리하게 해주는 전자기기 들이죠.휴대할 수 있는 전기제품의 대다수에 사용되는 배터리가 무엇일까요? 바로 리튬이온 배터리 입니다.[ 보조배터리로 스마트폰을 몇 번이나 충전할 수 있나요? ]편에서 살짝 언급되었던리튬이온 베터리의 위험성에 대해 조금 더 자세히 이야기 하도록 하겠습니다.리튬이온 배터리는 크기와 두께를 작고 가늘게 만들 수 있으며, 고밀도로 에너지를 저장할 수 있고, 고전압까지 가능하다는 장점이 있습니다.축전지의 최고 기술로 평가받고 있지요. 사용하지 않을 때에도 자가방전이 일어나는 정도가 작기에 활용도가 높아 여러 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있습니다. 에너지의 밀도가 높아 방산업이나 자동화시스템, 항공산업 분야에서도 점점 사용 빈도가 증가하는 추세입니다.하지만 활용도가 높은 만큼, 단점은 분명히 있습니다.다른 전지에 비해 안정성이 떨어지는 편이라 과방전 시 용량 감소가 매우 크고, 과충전 시에는 매우 불안정해져서 내부 전극에서 쇼트가 나거나 축전지에 충격을 주면 폭발할 수 있습니다.즉, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이라는 치명적인 단점이 있는 것입니다.리튬이온 배터리 폭발 화재로 인명피해까지 발생했던 사건이 있었습니다.메이저 언론 신문기사에 나올 정도로 심각한 화재였습니다.원인은 기사 헤드라인에서 확인할 수 있듯, 전기 오토바이 배터리 충전 중 폭발이었습니다.전기 오토바이에서 사용하는 리튬이온(Li-ion) 축전지의 특징 중 단점을 살펴보면 과충전과 충격에 의한 폭발 위험을 경고합니다.한동안 국내 모 전자회사의 ‘스마트폰 충전 중 폭발’ 관련 이슈가 세상을 뜨겁게 달군적이 있습니다. 충전 중 폭발의 원인 역시 리튬이온 축전지로 인한 것이었습니다. 그나마 작은 크기의 스마트폰 배터리의 폭발로 위 사진과 같은 대형 화재는 일어나지 않았지만, 사용 중이었다면 화상을 입을 수 있을 정도로 위험합니다. 근처에 발화 물질이 있었다면 어떻게 될지 모르는 일입니다.다시 본론으로 돌아와서 이야기하자면, 전기 오토바이 배터리는 제법 큽니다.위의 명판에서도 확인할 수 있듯이 전압이 24V로 대형트럭, 버스와 동일합니다. 배터리용량 역시 13Ah로 적지 않은 용량을 가지고 있습니다. 이렇게 큰 용량의 배터리 이기에 폭발하면 어마어마한 위력을 가지게 되는 것입니다.앞서 언급했듯이 리튬이온 배터리는 과충전이나 충격으로 인해 폭발 위험이 있습니다. 충격이야 사용자 스스로가 조심스럽게 다루고자 노력하면 되는데 과충전은 조금 다른 문제입니다.리튬이온 배터리는 과충전을 한다고 바로 화재가 발생하는 것은 아닙니다. 과충전을 방지하고자 하는 작은 칩이 들어있기 때문입니다. 우리가 밤새 스마트폰을 충전해도 폭발이 없는 이유가 바로 이 칩 때문입니다.매우 더운 날, 경고가 뜨거나 자동으로 전원이 꺼지는 현상을 경험한 적 있을까요? 이는 폭발을 방지하기 위해 칩이 열심히 일을 한다는 것을 의미합니다.그러나 배터리가 심한 충격을 받게 되어 배터리 케이스 등이 손상되면 작은 칩이 손상될 수 있습니다. 보통 전기 오토바이는 외부에서 직접 주행하기 때문에 어디에선가 충격을 받을 수 있는 상황이 있습니다. 이는 전동 킥보드도 마찬가지 입니다.그렇다면 리튬이온 배터리 사용의 전자기기는 어떻게 사용해야 안전할까요?배터리 외견이 깨지거나 금이 가는 등 손상이 보인다면 그 배터리는 폐기처분 하는것이 가장 안전합니다. 임의로 분해 하는 것 역시 좋지 않습니다.케이스가 손상되면 작은 칩 역시 손상될 수 있기에 폐기하는 것이 가장 좋으며, 임의 분해로 2차 사고의 위험을 예방해야 합니다.범용 충전기는 가격이 저렴하다는 장점이 있지만 안전에 있어서는 솔직히 장담 할 수 없습니다. 스마트폰과 같이 예민한 전자기기의 경우 정확하게 충전 전압과 전류가 맞아야 기기 내구성도 보장이 되고 배터리 안정성도 보장되기 때문에 정식 규격에 맞는 전용 충전기를 사용을 권장합니다.배터리도 결국 전기의 한 부분입니다. 늘 우리가 사용하는 교류전기만 위험 한 것이 아니라, 휴대하기 좋은 배터리의 직류전기 역시 위험하다는 것을 인지해야 합니다.우리의 일상을 편리하게 해주는 스마트 기기들.우리가 조금만 신경쓴다면 더욱 안전한 생활이 가능할 것입니다.어렵고 복잡했던 전기 이야기.조금 더 쉽게 파워존과 함께 하세요.파워존,멀티탭,멀티탭정리함,고용량멀티탭,파워큐브,1구멀티탭,전기연장선,3구멀티탭,1구연장선,스마트멀티탭,국산멀티탭,USB멀티탭,멀티콘센트,콘센트
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- Summary of article content: Articles about ::: ì¤ëì ííì¬ ::: 리튬이온 전지의 장단점 · 1) 가볍다. 리튬 금속은 다른 어느 금속보다 가볍기 때문에 이 금속을 사용한 전지도 가벼워 에너지 밀도가 매우 크다. · 2) 기전력이 크다. · 3) … …
- Most searched keywords: Whether you are looking for ::: ì¤ëì ííì¬ ::: 리튬이온 전지의 장단점 · 1) 가볍다. 리튬 금속은 다른 어느 금속보다 가볍기 때문에 이 금속을 사용한 전지도 가벼워 에너지 밀도가 매우 크다. · 2) 기전력이 크다. · 3) …
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화재 없고 가벼운 차세대 배터리가 몰려온다 – Sciencetimes
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- Summary of article content: Articles about 화재 없고 가벼운 차세대 배터리가 몰려온다 – Sciencetimes 리튬에어 배터리의 에너지 효율이 획기적으로 높은 이유는 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문이다. 가령 리튬이온 배터리로 10분 정도 작동 … …
- Most searched keywords: Whether you are looking for 화재 없고 가벼운 차세대 배터리가 몰려온다 – Sciencetimes 리튬에어 배터리의 에너지 효율이 획기적으로 높은 이유는 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문이다. 가령 리튬이온 배터리로 10분 정도 작동 … 국내외 과학기술동향, 정책, 문화 등 과기계 이슈 정보 제공. 매주 금요일 뉴스레터 발송.
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과학기술
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오늘날 리튬이온 배터리가 정말 최선의 선택일까요? 2021
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- Most searched keywords: Whether you are looking for 오늘날 리튬이온 배터리가 정말 최선의 선택일까요? 2021 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높습니다. … 납축전지와 리튬이온전지의 비교. … 납산이 에너지 밀도 면에서 단점이 있다고 주장할 수는 없지만 사실 납산 … 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높습니다. 안전을 타협해도 안전합니까? 납축전지와 리튬이온전지의 비교.
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리튬 이온 배터리의 작동 원리
납축전지 화학의 장점
어떤 리튬 이온 배터리가 가장 좋습니까
리튬 이온 배터리는 재활용 가능한가요
리튬 이온 배터리가 폭발할 수 있습니까
리튬 이온 배터리 또는 납산 배터리
리튬 이온 배터리 란 무엇입니까
리튬 이온 배터리는 언제 발명되었습니까
누가 리튬 이온 배터리를 발명했습니까
리튬 이온 배터리는 어디에서 발명되었습니까
전기차에는 어떤 배터리가 사용되나요
리튬 배터리 지정
리튬 이온 배터리는 어떻게 작동합니까
리튬 이온 배터리는 어떻게 만들어지는가
리튬이온전지 – 활물질
리튬 이온 배터리 충전 방법
리튬 이온 배터리의 전기화학 전지 반응
전해질 및 고체 전해질 계면(SEI)
리튬 이온 배터리용 분리기
리튬이온전지의 활물질 원료
리튬 이온 배터리의 음극 재료
층상 산화물 – 리튬 이온 배터리의 양극 재료
스피넬 산화물 – 리튬 이온 배터리의 양극 재료
폴리음이온 산화물 – 리튬 이온 배터리의 양극 재료
양극재 제조 – 리튬이온전지
리튬 이온 배터리는 어떻게 제조됩니까 순서도
몇 가지 일반적인 예는 다음과 같습니다 졸-겔 방법
리튬이온전지 음극재 제조
인터칼레이션디인터칼레이션 그룹
리튬이온전지 분리막 생산
리튬 이온 배터리의 기타 재료
리튬 이온 배터리의 장점과 한계
– 리튬이온셀 제조
리튬 이온 전지 조립 공정
리튬이온전지 제조공정도
리튬 이온 배터리 – 형성 및 노화
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리튬이온배터리 대체할 나트륨-반고체 배터리가 온다 : 동아사이언스
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- Most searched keywords: Whether you are looking for 리튬이온배터리 대체할 나트륨-반고체 배터리가 온다 : 동아사이언스 다만 나트륨은 리튬보다 이온 크기가 커 에너지 밀도가 떨어지는 게 단점이다. 에너지 밀도가 최대 kg당 500Wh인 리튬이온 배터리의 3분의 1 수준이다. 과학면,배터리,리튬이온배터리,나트륨이온배터리,전고체배터리,반고체배터리 에너지11은 배터리 전해질을 액체 전해질 대신 하이브리드 고체 전해질을 사용해 폭발 위험이 없는 나트륨 이온 배터리를 개발했다. 에너지11 제공 지난달 30일 전북 완주 봉동읍 배터리 개발업체 에너지11의 기술연구소 내 …
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리튬이온배터리 대체할 나트륨-반고체 배터리가 온다
리튬 이온 배터리 단점
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- Summary of article content: Articles about 리튬 이온 배터리 단점 리튬이온 2차 전지(lithium-ion rechargeable battery)는 높은 에너지 밀. 도로 인해서 지난 20여년에 걸쳐 가장 주목 받는 전기에너지 저장장치. 중 하나가 되었다. …
- Most searched keywords: Whether you are looking for 리튬 이온 배터리 단점 리튬이온 2차 전지(lithium-ion rechargeable battery)는 높은 에너지 밀. 도로 인해서 지난 20여년에 걸쳐 가장 주목 받는 전기에너지 저장장치. 중 하나가 되었다.
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[동향]리튬 이온 배터리의 큰 문제점을 해결할 수 있는 매우 작은 나노클러스터
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- Most searched keywords: Whether you are looking for [동향]리튬 이온 배터리의 큰 문제점을 해결할 수 있는 매우 작은 나노클러스터 배터리를 사용할 때 이온 이동은 한 방향으로 흐르고, 배터리를 충전할 때 반대 방향으로 흐른다. 그러나 액체 전해질은 부피가 크고, 배터리를 사용할수록 성능이 저하 … 일리노이 대학(University of Illinois)의 연구진은 차세대 리튬-이온 배터리를 위한 새로운 초이온성 고체를 개발했다. 이 재료는 셀렌화구리(copper selenide)의 초소형 나노클러스터로 구성되었다.장치가 작고 더 강력해질수록 더 빠르고 더 작고 더 안정적인 배터리가 필요하다. 특히, 나노전자장치가 갑작스러운 인기를 얻고 있기 때문에 액체 전해질을 사용하지 않으면서 칩 위에 장착할 수 있는 매우 작은 배터리가 필요하다. 이번 연구진은 차세대 리튬-이온 기술을 개발하기 위해서 나노구조로 된 재료를 사용했다. 이 나노재료는 훨씬 더 큰 열적 및 기계적 안정성을 가지고, 누출 문제가 없으며, 배터리를 소형화할 수 있도록 매우 얇은 전해질 층으로 만들 수 있다.표준 리튬 이온 및 기타 이온 배터리들은 리튬 이온을 이동시키기 위해서 액체 전해질을 사용한다. 배터리를 사용할 때 이온 이동은 한 방향으로 흐르고, 배터리를 충전할 때 반대 방향으로 흐른다. 그러나 액체 전해질은 부피가 크고, 배터리를 사용할수록 성능이 저하되고, 누출될 가능성이 있고, 폭발을 일으킬 수 있다는 단점들을 가지고 있다. 이에 비해서 고체 전해질들은 상당히 더 안정적이지만 이온들이 훨씬 느리게 움직여서 덜 효율적이다.셀렌화구리 나노클러스터 전해질은 액체 전해질과 고체 전해질의 장점들을 모두 가지고 있다. 이것은 고체 상태이기 때문에 안정적이고, 이온들을 쉽게 이동할 수 있다. 셀렌화구리는 고온에서 초이온성을 가진다고 알려져 있지만, 이번 연구로 매우 작은 클러스터가 상온에서 초이온성을 가진다는 것이 최초로 증명되었다.이번 연구진은 셀렌화구리의 표면 반응성을 조사하면서 이런 초이온성 특성을 우연히 발견했다. 매우 작은 나노클러스터는 약 2 나노미터의 지름을 가졌고, 전자 현미경으로 관찰했을 때 더 큰 셀렌화구리 나노입자와는 상당히 다른 형상을 가지고 있었다. 이런 작은 클러스터는 상온에서 반액체 상태로 존재했다.반액체, 초이온성을 가지는 이유는 나노클러스터의 특별한 구조 때문이다. 셀렌화 이온들이 더 커질수록 결정구조를 형성하지만, 구리 이온들이 더 작아질수록 액체처럼 이동한다. 이런 결정 구조는 클러스터 속의 내부 변형 때문이다.약 100 개의 원자들을 가진 이런 나노클러스터는 분자와 나노입자의 경계면에 존재한다. 현재 나노기술의 가장 큰 난점은 모든 나노입자들을 동일한 크기와 형상으로 만드는 것이다. 이번 연구에서 개발한 클러스터는 정확히 동일한 구조를 가지고 있다. 이런 크기에서, 재료의 전기적 구조는 너무나 안정적이어서 모든 단일 클러스터가 동일한 원자 배열을 가지게 한다.이번 연구진은 배터리 속에 나노클러스터를 통합하고 리튬 이온의 전도성을 측정하고 기존의 고체 상태 전해질 및 액체 전해질과 성능을 비교할 계획을 가지고 있다. 이 연구는 셀렌화구리 나노클러스터가 상온에서 초이온성을 가지고 있다는 중요한 사실을 알게 했다. 이것은 나노기술 분야에 큰 진전을 이루게 하고 고체 상태 배터리 개발에 중요한 역할을 할 것이다.이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Liquid-like cationic sub-lattice in copper selenide clusters” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1038/ncomms14514).
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리튬 이온 배터리의 큰 문제점을 해결할 수 있는 매우 작은 나노클러스터
Tiny nanoclusters could solve big problems for lithium-ion batteries
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![[동향]리튬 이온 배터리의 큰 문제점을 해결할 수 있는 매우 작은 나노클러스터](https://scienceon.kisti.re.kr/images/usr/scienceon_og.png)
[동향]리튬 이온 배터리의 큰 문제점을 해결할 수 있는 매우 작은 나노클러스터
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리튬 이온 배터리의 큰 문제점을 해결할 수 있는 매우 작은 나노클러스터
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장점과 단점이 있는 리튬 이온 배터리의 장단점
장점과 단점이 있는 리튬 이온 배터리의 장단점
리튬 이온 배터리 XNUMX년 이상 수요와 생산이 이루어진 최고의 충전식 배터리 중 하나입니다. 에너지 밀도가 높기 때문에 더 좋고 강력한 선택입니다. 이전에 유명한 니켈 카드뮴 것들과 비교하면 사실입니다.
오늘날 중국에 기반을 둔 JBBATTERY는 리튬 이온 배터리의 선도적인 개발 및 생산업체입니다. 이 기사에서이 제품의 세부 사항을 살펴 보겠습니다.
리튬 이온 배터리는 무엇을 구성합니까?
네 가지 주요 구성 요소는 리튬 이온 배터리로 구성됩니다. 첫째, 제품의 전압과 용량을 결정하는 음극이 있습니다. 그것은 양전하를 띤 리튬 이온의 근원이자 근원으로 작용합니다. 그런 다음 외부 회로를 통해 배터리를 통해 전류가 흐르도록 하고 허용하는 양극이 있습니다. 배터리가 완전히 충전된 상태일 때 리튬 이온은 여기에 저장된 상태로 유지됩니다.
리튬 이온 배터리의 세 번째 구성 요소는 전해질입니다. 그것은 용매, 염 및 첨가제로 구성됩니다. 전해질은 매질 역할을 하여 이온이 양극과 음극 사이를 이동할 수 있도록 합니다.
마지막으로 배터리에는 분리기가 있습니다. 그것은 두 개의 충전된 전극 사이의 물리적 장벽처럼 작동하여 서로를 유지합니다.
리튬 이온 배터리의 장점
리튬 이온 배터리에는 다음과 같은 몇 가지 이점이 있으며 그 중 일부는 다음과 같은 이점이 있습니다.
• 에너지: 리튬 이온 배터리는 동종 배터리에 비해 에너지 밀도가 높습니다. 그들은 킬로그램당 150와트시의 높은 에너지를 제공할 수 있습니다. 반면에 니켈-카드뮴 배터리는 약 60-70WH/kg을 제공하고 납산 배터리는 25WH/kg만 제공합니다.
• 방전율: 리튬 이온 배터리는 방전율이 낮아 매월 저장되거나 누적된 충전량의 5%만 손실됩니다. 따라서 더 강력하고 안정적인 충전 기능을 제공하므로 두 개의 연속 충전 시간 사이에 더 오랜 시간 동안 사용할 수 있습니다. 다른 유사한 제품은 한 달에 최대 20%의 손실을 보게 됩니다.
• 유지 관리: 리튬 이온 배터리는 최소한의 유지 관리로 작동할 수 있습니다. 빈번하고 추가 유지 보수 및 프라이밍이 필요하지 않습니다.
• 유형: 다양한 종류와 크기로 제공되며, 리튬 이온 배터리 여러 응용 프로그램을 편리하고 효율적으로 찾을 수 있습니다. 또한 다양한 유형의 장치에 적합한 다양한 전력 요구 사항이 있습니다.
• 셀 전압: 리튬 이온 배터리는 셀당 약 3.6V의 전압을 생성할 수 있습니다. 1.5-2볼트만 주는 다른 유형에 비해 합리적으로 높습니다. 리튬 이온 배터리의 전력 관리가 더 우수하고 단순화되었음을 의미합니다.
리튬 이온 배터리의 단점
리튬 이온 배터리는 다른 모든 것과 마찬가지로 단점이 있습니다. 구성:
• 가연성: 리튬 이온 배터리에 사용되는 전해질은 가연성입니다. 과열되면 소규모 화재로 이어질 수 있습니다.
• 보호: 리튬 이온 배터리는 다른 충전식 배터리보다 상대적으로 덜 견고합니다. 따라서 과충전, 과열 및 완전 방전으로부터 보호해야 합니다. 전류와 전압을 안전한 표준과 한계 내에서 유지하려면 차폐 회로가 필요합니다.
• 비싸다: 리튬 이온 배터리는 생산 및 제조 비용이 더 많이 들기 때문에 니켈 카드뮴 배터리보다 거의 40% 더 비쌉니다.
• 노화: 다른 종류의 배터리보다 오래 지속되지만 리튬 이온 배터리의 수명은 유한합니다. 그들은 약 500-1000번의 충전 및 방전 주기 동안 사용을 견딜 수 있습니다. 배터리는 사용하지 않을 때도 노화가 진행됩니다.
리튬 이온 배터리는 단점으로 인해 바닷물로 구동되는 배터리와 경쟁을 하고 있습니다.
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화재 없고 가벼운 차세대 배터리가 몰려온다 – Sciencetimes
현재 산업 현장에서 사용되고 있는 배터리는 대부분 리튬이온을 소재로 제조되고 있다. 하지만 리튬이온을 사용하는 방식의 배터리는 뛰어난 효율에도 불구하고 화재에 따른 폭발 위험성을 갖고 있다거나 너무 무거운 무게가 단점으로 지적되어 왔다.
따라서 리튬이온 배터리 이후 등장할 차세대 배터리들은 모두 화재가 발생할 수 있는 가능성을 최소화하거나 최대한 무게를 줄여 가볍게 만드는 방식으로 개발되고 있는데, 대표적으로는 레독스플로우(redox flow) 배터리와 리튬에어(lithium air) 배터리를 꼽을 수 있다.
전해질 이동 방식의 차이로 화재 원천적 방지
레독스플로우 배터리는 리튬이온 배터리와 마찬가지로 전기에너지를 화학에너지의 형태로 변환하여 저장한다는 점에서 공통점이 있는 2차전지다. 차이라면 전해질이 이동하는 방법이 다르다는 점이다.
리튬이온 배터리는 충전 과정에서 발생한 리튬이온이 전해질이라는 액체를 통해 양극에서 음극으로 이동한다. 문제는 전해질 안에서 양극과 음극을 막는 막이 여러 가지 이유로 찢어지게 되면 불이 날 수도 있다는 점이다. 이 때문에 액체 대신 고체 형태의 전해질을 쓰는 방식인 전고체 배터리 연구가 활발히 진행되고 있다.
반면에 레독스플로우 배터리는 전해질이 2개의 저장탱크에 나뉘어 저장되도록 설계되어 있다. 각각의 전해질에는 서로 다른 금속이온이 녹아있어서 양극과 음극이 접촉할 일이 없기 때문에 화재가 발생할 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.
플로우배터리에 사용하는 금속이온의 종류는 다양하지만, 바나듐 이온을 이용한 ‘바나듐 레독스플로우 배터리’가 대표적이다. 원자번호 23번인 바나듐(vanadium)은 희소금속으로서 강철에 소량만 첨가해도 강도가 높아져 철강 산업에서 많이 활용되고 있다.
바나듐 이온을 이용한 레독스플로우 배터리의 가장 큰 장점은 리튬이온 배터리보다 인화성과 화학 반응성의 위험도가 낮아 안정성이 상대적으로 높다는 점이다. 특히 전해질은 유기용매가 아닌 물을 이용한 수계(水系) 전해질인 만큼, 화재 및 폭발 가능성이 현저하게 낮다.
또 다른 바나듐 레독스플로우 배터리의 장점으로는 리튬이온 배터리보다 약 2배 이상 높은 수명을 들 수 있다. 비록 실험 과정에서 확보한 성능이지만, 대략 20여 년 이상을 교체하지 않아도 되는 것으로 드러나 거의 반영구적으로 사용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
이렇게 반영구적으로 사용할 수 있으면서도 재사용까지 할 수 있다는 것은 바나듐 레독스플로우 배터리만이 가진 엄청난 장점이다. 오랜 기간을 사용할 수 있으면서도 재사용까지 가능하므로 바나듐 레독스플로우 배터리는 친환경 배터리의 모델이라 할 수 있다.
바나듐 레독스플로우 배터리의 마지막 장점으로는 저장탱크를 따로 설계할 수 있어서 에너지저장시스템(ESS) 같은 대규모 배터리 제작도 용이하다는 점이다. 리튬이온 배터리 같은 경우 용량을 증가시키는데 있어 한계가 있지만, 다면, VRFB는 저장탱크에 전해액을 추가하기만 하면 저장 용량이 증가하게 되므로, 대용량화가 비교적 용이한 편이다.
이처럼 바나듐 레독스플로우 배터리는 장점이 많은 2차전지이지만, 아직 상용화가 이뤄지지 못하고 있는 이유는 몇 가지 단점이 있기 때문이다. 리튬이온 배터리보다 충전 및 방전 출력 및 속도 등 효율이 낮고, 특정 온도 범위에 따라서 바나듐 이온의 석출이 일어나는 등 안정성이 아직은 낮은 편이다.
또 다른 단점으로는 상대적으로 많은 공간을 차지한다는 점이다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아서 설치 공간을 작게 할 수 있는 반면에, 바나듐 레독스플로우 배터리는 비교적 에너지 밀도가 낮아서 저장탱크 설치시 많은 공간이 필요하다.
산소를 활용하여 가볍고 친환경적인 배터리
레독스플로우 배터리가 기존의 리튬이온 배터리와 상반된 개념의 2차전지라면, 리튬에어 배터리는 리튬이온 배터리의 단점을 보완한 2차전지라고 할 수 있다. 특히 배터리의 양극에서 반응에 관여하는 물질로 산소를 사용하는 덕분에 배터리 무게가 기존 2차전지들보다 가볍고 친환경적이라는 장점이 있다
리튬에어 배터리의 핵심 성능을 꼽자면 리튬과 산소의 화학반응을 통해 에너지 효율을 획기적으로 높인 점을 들 수 있다. 리튬을 이용하는 2차전지 중에서 리튬황 배터리처럼 음극은 리튬 금속을 사용하고 양극은 공기 중 산소와 반응하도록 설계되었다.
리튬에어 배터리의 에너지 효율이 획기적으로 높은 이유는 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문이다. 가령 리튬이온 배터리로 10분 정도 작동하는 장난감에 리튬에어 배터리를 장착한다면, 50분 이상 작동하는 것을 볼 수 있다.
또한, 충전 및 방전 과정에서 산화물의 결합과 분해를 통해 에너지를 생성하기 때문에 리튬이온 배터리보다 에너지 출력은 2배 정도 높고, 시간당 에너지 생성 비용은 5배 정도 낮다는 것이 전문가의 설명이다.
이 외에도 구조가 단순하고 가볍기 때문에 드론이나 로봇, 또는 모빌리티 분야와 전자기기 분야로의 확장 또한 용이할 것으로 업계는 기대하고 있다.
여기에다 리튬이온 배터리와 다르게 전력을 생산하기 위해 금속 산화물이 필요하지 않고 공기 중 널리 퍼져있는 산소를 사용하기 때문에 경제성이 뛰어난 점은 리튬에어 배터리의 상용화 가능성을 밝게 만들어주고 있다.
물론 장점만 있는 것은 아니다. 사용하는 방전 과정에서 나오는 활성산소는 문제점으로 꼽힌다. 활성산소는 배터리 용량을 떨어뜨리고 수명도 감소시키기 때문에 이를 억제해야만 상용화 문제가 해결될 것으로 전망되고 있다.
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리튬이온배터리 대체할 나트륨-반고체 배터리가 온다
값싸고 안전한 차세대 배터리 기술
에너지11은 배터리 전해질을 액체 전해질 대신 하이브리드 고체 전해질을 사용해 폭발 위험이 없는 나트륨 이온 배터리를 개발했다. 에너지11 제공
지난달 30일 전북 완주 봉동읍 배터리 개발업체 에너지11의 기술연구소 내 연구실. 작업용 책상 위에는 못으로 구멍을 낸 배터리셀 20여 개가 쌓여 있었다. 조금만 구멍을 내거나 망가져도 불타거나 폭발해 원형을 잃는 리튬이온 배터리와 달리 이 배터리셀들은 은색 포장과 양쪽에 튀어나온 전극 등 원래 모양을 그대로 유지하고 있었다. 임두현 에너지11 연구소장은 “이 배터리는 액체 전해질이 아닌 하이브리드 고체 전해질을 사용해 화재와 폭발 위험이 없는 나트륨 이온 배터리”라고 말했다.
리튬이온배터리가 점령한 배터리 시장에 차세대 배터리들이 하나씩 도전장을 내밀고 있다. 리튬을 나트륨이나 칼륨 같은 다른 금속으로 대체하거나 폭발성이 큰 리튬이온배터리의 단점을 극복하기 위해 안전성이 떨어지는 액체 전해질을 다른 물질로 대체하려는 시도가 활발하다.
최근 주목받는 것은 나트륨 이온 배터리다. 최근 원자재 상승으로 가격 상승을 겪는 리튬과 달리 바닷속에 흔한 물질인 나트륨은 가격 면에서 특히 유리하다.
○원자재 걱정 적은 나트륨 배터리
한국자원정보서비스에 따르면 리튬탄산 가격은 올해 1월 4일 kg당 48.5위안(8960원)에서 이달 1일 187.5위안(3만4660원)으로 387% 올랐다. 반면 나트륨 이온 배터리는 희토류 금속을 양극재에 쓰는 리튬이온 배터리와 달리 양극재 소재 가격도 낮아 완제품이 30~40% 저렴할 것으로 기대된다.
에너지11은 나트륨 이온 전지 상용화를 위해 인터파크 공동 창업자인 이상규 대표가 인터파크비즈마켓 에너지사업본부에서 분사해 창업한 기업이다. 배터리의 양극과 음극을 분리하는 분리막을 난연성 필름으로 활용하고 여기에 액체와 고체 전해질을 섞은 겔 형태의 전해질을 바르는 나트륨 반고체 배터리를 개발했다. 하영균 에너지11 기술대표는 “3.2V 출력에 에너지 밀도는 kg당 150Wh로 값싼 리튬인산철 배터리와 성능이 비슷하고 작동온도도 0도에서 150도까지 가능할 정도로 안정적”이라고 말했다.
세계 최대 배터리 업체인 중국 CATL은 올해 7월 나트륨 이온 배터리 신제품을 공개하고 내년 양산을 시작하겠다고 밝혔다. 업계에서는 나트륨 이온 배터리의 시장 가능성을 확인한 선언이라는 평가가 나온다. 프랑스 티아마트, 영국 파라디온, 미국 나트론 등도 나트륨 이온 배터리를 개발하고 있다. 다만 나트륨은 리튬보다 이온 크기가 커 에너지 밀도가 떨어지는 게 단점이다. 에너지 밀도가 최대 kg당 500Wh인 리튬이온 배터리의 3분의 1 수준이다. 리튬이온 배터리와 같은 전해질을 사용하면 화재와 폭발 문제에서도 자유롭지 못하다.
안전 측면에서는 ‘전고체 배터리’가 차세대 배터리로 주목받는다. 화재 위험이 큰 액체 전해질을 불에 타지 않는 고체로 대체한 배터리로 국내 배터리 3사도 연구와 투자를 진행중이다. 다만 전고체 배터리는 양산을 위해 넘어야 할 산이 많아 2025년 이후에나 상용화될 것으로 전망된다. 김태호 한국화학연구원 에너지소재연구센터장은 “음극과 양극을 이어주는 고체 전해질이 두 극에 정확히 맞닿게 해야 하는데 고체와 고체를 정확히 붙여 접촉 면적을 넓혀주는게 쉽지 않다”고 말했다.
○전고체 배터리로 가는 징검다리 반고체 배터리
학계와 산업체는 액체와 고체를 섞어 장점을 결합한 ‘반고체 배터리’를 전고체 배터리로 넘어가는 과정을 이어줄 중간 징검다리로 주목하고 있다. 액체에 고체를 섞어 겔 형태로 만들거나 전극에 닿는 부분이라도 말랑한 물질을 도입해 접촉력을 높인다. 김 센터장은 “반고체는 전극하고 맞닿은 곳이 부드러워 전고체 전해질과 극 소재의 접촉을 좋게 만들어준다”며 “액체와 고체를 특정 비율로 잘 섞어 성능과 안정성 사이 균형을 잘 맞추는 게 핵심”이라고 말했다.
나트륨 이온 배터리와 반고체배터리 기술을 적용한 배터리들은 부피가 커도 되거나 고출력을 내지 않아도 되는 에너지저장장치(ESS), 공정용 기계, 통신기지국 등에 활용될 것으로 기대된다. 특히 잦은 화재로 안전성 문제가 큰 ESS 시장을 키울 수 있다는 기대다. 하 대표는 “전북테크노파크 기술거래촉진네트워크사업을 통해 세종대, 전남대 기술을 이전받아 기술을 고도화하고 있다“며 “새만금 일대 태양광 ESS 시장을 공략할 예정”이라고 말했다.
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